JPH0949799A - レーザ気化分析装置 - Google Patents

レーザ気化分析装置

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JPH0949799A
JPH0949799A JP22256995A JP22256995A JPH0949799A JP H0949799 A JPH0949799 A JP H0949799A JP 22256995 A JP22256995 A JP 22256995A JP 22256995 A JP22256995 A JP 22256995A JP H0949799 A JPH0949799 A JP H0949799A
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JP
Japan
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laser
laser light
sample
analyzer
light
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Pending
Application number
JP22256995A
Other languages
English (en)
Inventor
Takanori Akiyoshi
孝則 秋吉
Yoichi Ishibashi
耀一 石橋
Akiko Sakashita
明子 坂下
Toshiya Maekawa
俊哉 前川
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光を利用した金属材成分の分析装置で
あって、金属材の成分組成を、試料を調製することな
く、小型の経済的且つ効率的な装置によって適確且つ迅
速に分析することができる。 【解決手段】 半導体レーザ発振器1を励起光源とし、
固体レーザ媒質によるQスイッチレーザ光を連続的に発
振するレーザ発振部と、レーザ発振部からのレーザ光を
試料面に集光させるための音響光学偏向器7と、レーザ
光集光レンズ8およびセル9とからなっており、音響光
学偏向器7によって、レーザ光の光軸を面を描くように
偏向させることにより、セル9から金属材の表面に照射
されたレーザ光の集光点を一定の振幅によって振動させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば鋼塊、鋼片、
各種鋼材等のような金属材の化学成分組成を、試料を調
製することなく直接分析することができるレーザ気化分
析装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、鋼塊、鋼片、鋼材等のような金
属材の化学成分組成は、金属材の性質に大きな影響を及
ぼすので、その成分分析は、品質管理上不可欠である。
従来の成分分析は、対象となる金属材からその一部を切
り出し、所定形状に加工して試料を調製し、得られた試
料を分析装置にセットし、その成分を分析することによ
り行っていた。従って、試料の調製に多大の労力および
時間を必要とし、迅速な分析を行うことができなかっ
た。
【0003】そのために、試料の調製を要せず、迅速に
分析し得る方法の開発が望まれており、例えば、特公昭
62-14773号公報には、プラズマアークを使用して鋼片等
の一部を加熱蒸発させ、発生した微粒子を分析装置に搬
送して分析する方法が開示されている。しかしながら、
このようなプラズマアークを使用した分析方法は、対象
物が熱鋼片の場合に、その表層に生じた酸化膜等のため
に、正確な分析を行うことができず、また、対象物の表
面に凹凸があるときには、分析値の信頼性が薄い等の問
題を有している。
【0004】上述した問題を解決する手段として、近
時、パルスレーザー光を利用した迅速分析方法が開発さ
れており、例えば、特開平6-323969 号公報には、鋼片
等の表面にパルスレーザー光を照射し、発生した微粒子
試料を不活性ガスによってICP分析装置に送り、これ
を分析する装置(以下、従来装置という)が開示されて
いる。
【0005】図3は、従来装置の概略説明図である。図
3に示すように、従来装置は、励起源としてのKrアー
クランプからなるレーザ発振器21と、反射ミラー22と、
集光レンズ23と、微粒子発生セル24とからなり、反射ミ
ラー22、集光レンズ23および微粒子発生セル24は、セル
積載ステージ25に配置されている。微粒子発生セル24に
は、ガス流入口28およびガス流出口29が設けられてお
り、ガス流入口28には、搬送ガス発生装置26からの導管
27が接続され、ガス流出口29には、ICP 発光分光分析装
置30に至る導管27が接続されている。
【0006】上述した従来装置によれば、レーザ発振器
21から発振されたレーザ光は、反射ミラー22で進行方向
が調整され、集光レンズ23で集光された上、セル24を通
して分析すべき金属材Aの表面に照射される。このよう
なレーザ光の照射により金属材の表面から発生した微粒
子試料は、セル24内にガス流入口28を通して吹き込まれ
た不活性ガスによって分析装置30に送られ、分析され
る。従って、金属材の化学成分組成を、試料を調製する
ことなく、しかも、その温度や形状等に影響されず迅速
に分析することができる。
【0007】しかしながら、上述した先行技術は、励起
源として、Krアークランプからなるレーザ発振器21が
使用されているために、発振器自体を水冷しなければな
らず、そのために、大量の冷却水を必要とし、装置が大
型化し且つ大重量となる上、多量の電力を必要とし、し
かも、レーザ励起効率が悪く、分析すべき金属材へのセ
ットも容易ではない等の問題を有していた。
【0008】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、装置全体を小型且つ軽量化することができ、
発振器の水冷を要せず、しかも、レーザ励起効率に優
れ、分析すべき金属材へのセットが容易で、光軸の振動
も円滑に行い得る、経済的且つ効率的なレーザ光を利用
したレーザ気化分析装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明の装置は、分析
対象試料に押し当てられるレーザ照射ヘッドと、前記ヘ
ッドに内蔵されているレーザ発振部と、前記レーザ発振
部から照射されたレーザ光により、前記試料から発生し
た微粒子を分析するための分析器とからなるレーザ気化
分析装置において、前記レーザ照射ヘッドには、半導体
レーザ光を励起光源とし、固体レーザ媒質によるQスイ
ッチレーザ光を連続的に発振するレーザ発振部と、前記
レーザ発振部からのレーザ光を前記試料面に集光するた
めの音響光学偏向器と、集光レンズからなる集光機構
と、前記試料に密着させて、前記レーザ光の照射により
発生した微粒子を前記分析器に搬送する機構を有するセ
ルとが設けられており、前記音響光学偏向器によって、
前記レーザ光の光軸を面を描くように偏向させることに
よって、前記試料面へのレーザ集光点を、一定の振幅で
振動させるようにしたことに特徴を有するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】次に、この発明の装置を図面を参
照しながら説明する。図1は、この発明の装置の第1実
施態様を示す概略説明図である。図1において、1は、
半導体レーザ発振器であり、2は、半導体レーザ発振器
1が取り付けられたレーザ光照射ヘッドである。レーザ
光照射ヘッド2には、発振器1からの半導体レーザ光を
励起光源とし、Qスイッチレーザ光を連続的に発振する
ためのレーザ発振部として、固体レーザ媒質であるYA
Gロッド4およびQスイッチ素子5が設けられ、且つ、
レーザ発振部からのレーザ光を分析すべき試料面に集光
させるためのビームエキスパンダ6、試料面へのレーザ
集光点を、一定の振幅で振動させる音響光学偏向器7、
レーザ光集光レンズ8、および、セル9がこの順序で配
置されている。
【0011】セル9には、その中に、図示しない不活性
ガス発生器からの例えばアルゴンガスのような不活性ガ
スを吹込むための不活性ガス吹込み口10と、レーザ光の
照射によって金属材から発生した微粒子を上記不活性ガ
スによって搬出するための搬出口11とが設けられてお
り、搬出口11から不活性ガスと共に搬出された金属材の
微粒子は、その成分組成を分析するための図示しないI
CP(高周波誘導結合プラズマ)分析器に、導管によっ
て搬送される。
【0012】音響光学偏向器7は、光に対して透明な媒
質を超音波が伝搬しているとき、媒質中に周期的屈折率
の変動が生じ、この領域を透過する光は位相変調され光
回折が生ずる現象を利用したものであって、このような
音響光学偏向器7によれば、レーザ光の光軸を面を描く
ように偏向させ、これによって、試料面へのレーザ集光
点を、一定の振幅で高速で振動させることができる。
【0013】半導体レーザ発振器1により励起されYA
Gロッド4から発振されたレーザ光は、Qスイッチ素子
5によってエネルギー密度が高められハイパワーにされ
る。このようにしてハイパワーにされたレーザ光は、音
響光学偏向器7によって面を描くように偏向された上、
レーザ光集光レンズ7により集光され、レーザ光照射用
セル9を通って金属材の表面に、その集光点が一定の振
幅で振動する状態で照射される。
【0014】その結果、金属材表面から金属材微粒子が
面状に蒸発し、蒸発した金属材微粒子は、セル9内に吹
き込まれた不活性ガスによってICP分析器に搬送さ
れ、その成分組成が分析される。従って、金属材の一部
を切り出して試料を調製することなく、金属材をその温
度や形状にかかわらず直接迅速適確に分析することがで
きる。
【0015】この発明の装置によれば、レーザ光の励起
光源として、半導体レーザ発振器1が使用されているの
で、従来の励起源であるKrアークランプのように、発
振器自体を水冷する必要がなく、従って、装置を小型化
し且つ軽量とすることができ、電力消費量も少なくて済
む上、半導体が出す光は、特定の吸収率の高い波長であ
るために、レーザ励起効率に優れている。
【0016】また、レーザ光の光軸は、音響光学偏向器
7により面を描くように偏向されるので、レーザ光照射
用セル2から金属材表面に照射されたレーザ光の集光点
を極めて円滑に振動させることができ、これによって、
どのような形状または温度の金属材でも、試料の調製を
要せず、迅速適確に分析することができる。
【0017】金属材の表面に照射されたレーザ光集光点
の振動領域は、少なくとも1mm2 以上であることが好ま
しい。レーザ光集光点の振動領域が1mm2 未満では、偏
析等のために、分析の信頼性が低下するおそれが生ず
る。なお、レーザ光集光点の移動速度は、レーザ光焦点
のスポット径、パルス周波数、1パルスのエネルギ量等
により、必要最低速度が決められる。
【0018】図2は、この発明の装置の第2実施態様を
示す概略説明図である。第2実施態様の装置は、半導体
レーザ発振器1が、レーザ照射ヘッド2と別に設けられ
ており、半導体レーザ発振器1とレーザ照射ヘッド2と
は、光ファイバケーブルのようなレーザ光搬送用ケーブ
ル3によって接続されている点のみが、第1実施態様の
装置とは相違する。
【0019】第2実施態様の装置によれば、半導体レー
ザ発振器1とレーザ照射ヘッドとが別体になっており、
両者がレーザ光搬送用ケーブル3によって接続されてい
るので、レーザ照射ヘッド2を一段と小型化することが
でき、分析すべき金属材へのセットも極めて容易にな
る。
【0020】
【実施例】図1に示した下記仕様の本発明装置を使用
し、高温鋼片の成分組成を分析した。 励起光源 :半導体レーザ発振器(波長817 nm) レーザー :超音波Qスイッチ付のNd−YAGレ
ーザー(波長1.06μm) 音響光学偏向器:音響光学媒体(PbMoO4 単結晶) 搬送ガス :アルゴンガス 分析器 :ICP発光分析装置
【0021】鋼片の分析面を研削した後、レーザー光照
射用セル9の照射口9aを鋼片の研削された分析面に密着
させた。半導体レーザ発振器1により、鋼片の分析面に
向けてレーザー光をパルス頻度50KHZ 、平均出力10
Wで照射すると共に、金属材の表面に照射されたレーザ
光集光点の振動領域が3mm2 になるように、音響光学偏
向器7によって面を描くように偏向させた。レーザー光
の照射によって分析面から蒸発した微粒子を、セル9内
に吹き込まれたガス発生器からのアルゴンガスによっ
て、ICP分析器に搬送した。
【0022】ICP分析器において、周波数:27M
HZ 、出力:1.3KW、プラズマガス流量:15 l/
分、補助ガス流量:1l/分、搬送ガス流量:1l/分の条
件で、鋼片から蒸発した微粒子を直接励起発光させ、分
光器によりその各成分組成を分析した。その結果、鋼片
の成分組成を、約30秒の極めて短時間で迅速且つ適確
に安定して分析することができた。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、この発明の装置によ
れば、鋼塊、鋼片等のような金属材の化学成分組成を、
試料を調製することなく直接適確に且つ迅速に分析する
ことができ、装置全体を小型且つ軽量化することがで
き、発振器の水冷を要せず、しかも、レーザ励起効率に
優れ、分析すべき金属材へのセットが容易で、光軸の振
動も円滑に行い得る等、多くの工業上有用な効果がもた
らされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明装置の第1実施態様を示す概略説明図
である。
【図2】この発明装置の第2実施態様を示す概略説明図
である。
【図3】従来装置の概略説明図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ発振器 2 レーザ光照射ヘッド 3 レーザ光搬送用ケーブル 4 YAGロッド 5 Qスイッチ素子 6 ビームエキスパンダ 7 音響光学偏向器 8 レーザ光集光レンズ 9 セル 10 不活性ガス吹込み口 11 搬出口 21 Krアークランプレーザ発振器 22 反射ミラー 23 集光レンズ 24 セル 25 セル積載ステージ 26 搬送ガス発生装置 27 導管 28 ガス流入口 29 ガス流出口 30 分析装置
フロントページの続き (72)発明者 前川 俊哉 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分析対象試料に押し当てられるレーザ照
    射ヘッドと、前記ヘッドに内蔵されているレーザ発振部
    と、前記レーザ発振部から照射されたレーザ光により、
    前記試料から発生した微粒子を分析するための分析器と
    からなるレーザ気化分析装置において、 前記レーザ照射ヘッドには、半導体レーザ光を励起光源
    とし、固体レーザ媒質によるQスイッチレーザ光を連続
    的に発振するレーザ発振部と、前記レーザ発振部からの
    レーザ光を前記試料面に集光するための音響光学偏向器
    と、集光レンズからなる集光機構と、前記試料に密着さ
    せて、前記レーザ光の照射により発生した微粒子を前記
    分析器に搬送する機構を有するセルとが設けられてお
    り、 前記音響光学偏向器によって、前記レーザ光の光軸を面
    を描くように偏向させることによって、前記試料面への
    レーザ集光点を、一定の振幅で振動させるようにしたこ
    とを特徴とする、レーザ気化分析装置。
  2. 【請求項2】 前記励起光源である半導体レーザ発振器
    と、前記レーザ照射ヘッドとは別体に設けられており、
    前記半導体レーザ発振器と前記レーザ照射ヘッドとは、
    レーザ光搬送用ケーブルによって接続されている、請求
    項1記載の装置。
JP22256995A 1995-08-07 1995-08-07 レーザ気化分析装置 Pending JPH0949799A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012211837A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 Jx Nippon Mining & Metals Corp 試料分析装置及び試料分析方法
JP2014095727A (ja) * 2014-02-10 2014-05-22 Jx Nippon Mining & Metals Corp 試料分析装置及び試料分析方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012211837A (ja) * 2011-03-31 2012-11-01 Jx Nippon Mining & Metals Corp 試料分析装置及び試料分析方法
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